江億：熱泵技術(shù)是實(shí)現(xiàn)“零碳能源”的關(guān)鍵

“雙碳”目標(biāo)是我國能源發(fā)展的巨大機(jī)遇與挑戰(zhàn)，我國實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，發(fā)展“零碳能源”勢在必行。在最近召開的中國熱泵大會**（TAC ID: E000187.202200）**上，中國工程院院士、清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心主任、2022年北京“最美科技工作者”江億指出，熱泵技術(shù)將是破解“零碳能源”問題的關(guān)鍵方案。

（以下為整理內(nèi)容）

我國“雙碳”任務(wù)的目標(biāo)，是從目前以化石能源為基礎(chǔ)的碳基能源轉(zhuǎn)變成“零碳能源”，包括核電、風(fēng)電、光電、水電、生物質(zhì)能等。屆時(shí)，一次能源的主要來源，就會由目前的燃料改為直接電力，從而使能源的產(chǎn)生、傳播、轉(zhuǎn)換、應(yīng)用鏈條出現(xiàn)根本的變化。但在未來即使我們不再使用燃料，社會生產(chǎn)生活還是離不開熱。北方的集中供熱、生活熱水、商業(yè)用熱，以及紡織、印染等輕工業(yè)都需要用熱。怎么“由電產(chǎn)熱”，就成了今后能源革命大任務(wù)里非常重要的環(huán)節(jié)。

據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，我國未來一年需要130億GJ（1GJ=10億焦耳）的熱量，相當(dāng)于5億多噸標(biāo)煤。比起燒煤，電熱雖然省事又干凈，但是130億GJ熱量相當(dāng)于5萬億度電（相比之下，2021年中國的用電總量才8.3萬億度）。如果簡單靠電熱來解決社會用熱，就會給未來新興零碳電力系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展帶來極大的困難。

面對這個(gè)問題，最合適的解決方法是熱泵（編者注：熱泵是目前全世界備受關(guān)注的新能源技術(shù)。正如水泵可以通過做功，將水從低處提到高處，熱泵可以通過電力做功，將低位熱源的熱能轉(zhuǎn)移到高位熱源，高效實(shí)現(xiàn)“由電變熱”）。

▲熱泵循環(huán)示意圖

但是要全面發(fā)展熱泵，以空氣、地源、地表水這幾種自然界的余熱，恐怕還不能滿足需求，更大規(guī)模的低溫?zé)嵩丛谀膬海?/p>

中國是制造業(yè)大國，大量工業(yè)生產(chǎn)過程中排放的余熱，可以成為熱泵最好的熱源。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，未來中國僅核電、火電、流程工業(yè)三項(xiàng)，每年就能輸出190億GJ的余熱，即使只回收其中的70%（即133億GJ），也能解決我國未來的用熱問題。

▲住宅空氣源熱泵的室外組件

從現(xiàn)實(shí)來看，要把余熱資源做好，還必須應(yīng)對三方面的挑戰(zhàn)。

首先是時(shí)間上的匹配問題。只有開展大規(guī)模的“跨季節(jié)儲熱”，才能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)熱和用熱之間在時(shí)間上的平衡。從經(jīng)濟(jì)性和熱力學(xué)性能上來看，目前最合適的辦法是建造大的蓄熱水庫。初步核算，中國需要上百億立方米的儲熱裝置。

第二是地理位置。比如像北京這樣體量巨大的城市，因?yàn)闆]有工業(yè)，尋找熱量需要到200公里以外的地方。解決長距離、低成本、經(jīng)濟(jì)性、高效的熱量輸送問題，也將是余熱資源利用面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)。

第三是熱的品位問題。各種余熱釋放時(shí)溫度不一樣，而用熱所需的溫度也各不相同。未來，我們將依靠一個(gè)“大熱網(wǎng)”熱量共享系統(tǒng)，通過以熱泵為核心的參數(shù)變換裝置，使熱量品位滿足工業(yè)生產(chǎn)或者建筑采暖的要求。

在未來，輸配、儲能、熱泵，這三大技術(shù)的突破，將幫助我們實(shí)現(xiàn)新型“零碳能源”目標(biāo)。希望中國的熱泵產(chǎn)業(yè)抓住能源低碳轉(zhuǎn)型的機(jī)遇，在已有領(lǐng)域的基礎(chǔ)上再接再厲，成為能源領(lǐng)域的重要主力軍。

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